根据压缩终了缸内流场对进气系统的评价方法

论文摘要

本文首先采用AVL稳流气道试验台和数值模拟方法对两款柴油机进气道的稳态流动状态进行研究对比。然后利用无量纲参数瞬态涡流比,对两款柴油发动机在标定工况下的进气压缩过程的瞬态模拟计算结果进行分析。通过以上对比研究发现,柴油发动机实际工作过程中,进气道在气门小开度及中等开度下形成涡流的能力对于压缩终了时燃烧室内的涡流强弱有很大影响。而稳态评价方法不足以体现这一特征,稳态评价方法有待改进。柴油机缸内的气流运动主要有3种形式：涡流、挤流和湍流。根据以上3种气流运动的特点,F.Payri提出了无量纲参数瞬态涡流比和瞬态湍流比的概念,用以表征某一转速下,不同曲轴转角下缸内特定区域的涡流运动强度、湍流运动强度,并与实验对比取得了良好的一致性。基于以上参数的设计原则,本文提出了无量纲参数-瞬态挤流比,完善了柴油机瞬态进气性能评价体系。通过瞬态涡流比,瞬态湍流比和瞬态挤流比参数,对三款柴油发动机的进气压缩冲程的数值模拟结果进行了对比分析。研究发现,柴油发动机压缩终了时的涡流运动对于燃烧室内湍流运动的影响不明显。压缩终了时燃烧室内的湍流运动强弱,主要由进气冲程中期所能达到的最高湍流运动强度,以及压缩终了时的挤流强度决定。为进一步验证以上研究发现,对上述三款柴油机中的一款更换了4种不同类型的燃烧室,研究并总结了在进气涡流不变的情况下,压缩终了缸内湍流运动与燃烧室形状,以及挤流加速度之间的密切关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出及意义
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 内燃机缸内气体流动三维数值模拟研究现状
• 1.2.1 国外研究历史与现状
• 1.2.2 国内研究历史与现状
• 1.2.3 今后的研究方向
• 1.3 柴油机缸内流动特点
• 1.3.1 缸内气流运动形式
• 1.3.2 缸内气流运动对喷雾和燃烧的影响
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 本章小结
• 第二章 WP7、WP12的气道稳流试验
• 2.1 测量方法
• 2.2 气道稳流评价方法
• 2.3 试验计算参数
• 2.4 气道稳流试验结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 WP7、WP12的气道稳流数值模拟
• 3.1 数学模型
• 3.1.1 偏微分方程
• 3.1.2 状态方程
• 3.1.3 湍流模型
• 3.2 数值方法
• 3.3 WP7、WP12柴油机双进气道数值模拟
• 3.3.1 进气道三维模型与网格划分
• 3.3.2 边界条件的确定
• 3.3.3 方程的离散与求解
• 3.3.4 WP7流场分析
• 3.3.5 WP12流场分析
• 3.4 质量流量与涡流比的求取方法
• 3.5 模拟结果与试验结果对比分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于瞬态三维数值模拟结果的进气性能评价方法
• 4.1 目前的评价方法
• 4.2 非稳态研究方法
• 4.3 基于瞬态三维数值模拟结果的非稳态评价方法
• 4.4 对非稳态评价方法的改进
• 4.5 WP7、WP10、WP12的瞬态三维数值模拟
• 4.5.1 几何模型与网格划分
• 4.5.2 计算边界条件
• 4.5.3 计算模型设置
• 4.5.4 进气-压缩冲程流场分析
• 4.5.5 采用非稳态评价方法对计算结果进行对比分析
• 4.6 气门开启过程对于压缩终了涡流运动的影响
• 4.7 最佳喷油区域的确定
• 4.7.1 WP7最佳喷油区域
• 4.7.2 WP10最佳喷油区域
• 4.7.3 WP12最佳喷油区域
• 4.8 本章小结
• 第五章 燃烧室形状对于压缩终了缸内气流运动的影响
• 5.1 燃烧室形状
• 5.2 网格划分
• 5.3 燃烧室形状对瞬态涡流比的影响
• 5.4 燃烧室形状对瞬态湍流比的影响
• 5.5 燃烧室形状对瞬态挤流比的影响
• 5.6 湍流与挤流的关系
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 附录A WP7进气门升程数据
• 附录B WP10进气门升程数据
• 附录C WP12进气门升程数据
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 学位论文评阅及答辩情况表